利索能及
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专利号: 2015107279053
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低复杂度的二维角度和极化参数联合估计方法,其特征在于,包括如下步骤:㈠采用L2个交叉偶极子构成均匀平面方阵接收的K个信号源的数据表示为z(t)=As(t)+n(t),其中,z(t)=[z11(t),...,z1L(t),z21(t),...,z2L(t),...,zLL(t)]T表示各个阵元接收信号所构成的数据矢量,s(t)=[s1(t),s2(t),…,sK(t)]T表示阵列接收到的由K个信号源发射的信号数据矢量,n(t)=[n11(t),...,n1L(t),n21(t),...,n2L(t),...,nLL(t)]T表示与各个信号源不相关的加性零均值高斯白噪声,(·)T表示矩阵的转置,L表示每个平行于X轴或Y轴的线阵包含的阵元个数,矩阵A为极化敏感阵列的广义阵列流型矩阵,表达式为令Ax=[ax1,ax2,…,axK]表示平行于X轴的线阵的阵列流型矩阵,Ay=[ay1,ay2,…,ayK]表示Y轴的线阵的阵列流型矩阵,U=[u1,u2,…,uK]表示由K个信号的极化矢量构成的极化矩阵,则有 其中, 表示矩阵间的Kratri-Rao积,即极化敏感阵列的广义阵列流型矩阵A为三个矩阵Ax,Ay,U的Kratri-Rao积,axk,ayk,k=1,2,...,K分别表示平行于X、Y轴的线阵的导向矢量,uk表示第k个信号的极化矢量,表示Kronecker积,ak表示极化敏感阵列的广义导向矢量,即为三个矢量的Kronecker积,其表达式为其中, 分别表示X、Y轴的空间相移因子,θk,φk分别表示第k个信号的仰角和方位角,每个入射信号具有任意的极化状态(γk,ηk),γk,ηk分别表示第k个信号的极化辅助角和极化相位差,λ表示入射信号的波长,δ表示均匀平面方阵中相邻阵元之间的间隔,考虑N个时间快拍,即观测时刻有N个,分别为tn,n=1,…,N,信源发射信号为s(tn),n=1,…,N,则阵列接收数据为N个接收信号z(tn),n=1,…,N,用矩阵表示为㈡利用步骤㈠中的数据,计算阵列接收数据的协方差矩阵,对其进行EVD得到信号子空间Vs及极化敏感阵列广义阵列流型矩阵A与信号子空间Vs的关系:假设信号个数是已知的,由阵列接收数据矩阵Z得到阵列接收数据的协方差矩阵(·)H表示矩阵的共轭转置,对其进行EVD,得到其特征值由大到小排列为

相应的特征矢量 因为协方差矩阵的K个大特征值对应的特征矢量

所张成的空间与入射信号的导向矢量所张成的空间是相同的,同为信号子空间Vs,即span{e1,e2,…,eK}=span{a1,…,aK},故而存在唯一的非奇异变换矩阵T∈CK×K满足㈢利用步骤㈡中的信号子空间Vs与广义阵列流型矩阵A之间的关系,使用ESPRIT算法估计得到平行于X轴的线阵的阵列流型矩阵Ax的各个范德蒙生成元pxk,k=1,…,K:平行于X轴的线阵的阵列流型矩阵Ax具有范德蒙结构,且其与矩阵 之间的Kratri-Rao积,构成广义阵列流型矩阵A,具有如下结构 令Ax=A(1:2L(L-1),:)、 分别表示矩阵A的前、后2L(L-1)行所构成的子矩阵,则二者满足 类似的,分别取信号子空间Vs的前、后2L(L-1)行

所构成的子矩阵Vsx, 与矩阵A两个子矩阵之间满足 不同信号之间

相互独立,故而矩阵A满足列满秩,得到 矩阵Ψxp,Φxp之间是相似

的,即Ψxp的特征值构成的对角阵一定等于对角阵Φxp,Ψxp对应的特征矢量构成矩阵T的各列,对矩阵Ψxp进行EVD,即可得到对角阵Φxp;

㈣利用步骤㈢中解得的对角阵Φxp、变换矩阵T及A=VsT,根据矢量之间Kronecker积的特性计算矩阵任意两个矢量a=[a1,a2,…,aN]T∈CN×1、b=[b1,b2,…,bM]T∈CM×1,二者之间的Kronecker积满足如下的关系 其中, 表示两个矢量之间的Kronecker积,IM表示M×M的单位阵,由对角阵Φxp可以构造出平行于X轴的线阵的阵列流型矩阵Ax,由A=VsT且 可以解出矩阵,记矩阵T=[t1,t2,…,tK]则

即解得矩阵

㈤利用步骤㈣中解得的矩阵 使用ESPRIT算法估计得到平行于Y轴的线阵的阵列流型矩阵Ay的各个范德蒙生成元pyk,k=1,…,K:平行于Y轴的线阵的阵列流型矩阵Ay同样具有范德蒙结构,类似步骤㈢中的做法,令B=B(1:2(L-1),:)、 分别表示矩阵B的前、后2(L-1)行所构成的子矩阵,则二者满足 则解得对角矩阵

㈥利用步骤㈤解得的对角阵Φyp、矩阵 根据矢量之间Kronecker积的特性计算矩阵U,类似步骤㈣,由对角阵Φyp可以构造出矩阵Ay,根据矢量之间Kronecker积的特性解得 即得到极化矩阵U;

㈦利用前面解得三个矩阵Φxp,Φyp,U,求解二维到达角和极化参数:

根据各个参数与三个矩阵之间的对应关系

可以得到